Odběr vzorků vody znečištěných mikroplasty. Ilustrační foto. (MargJohnsonVA / Shutterstock)
Mikroplasty lze z vody zachytávat pomocí membrán, filtrů nebo adsorpčních materiálů. Podstatně složitější je jejich odstraňování z půdy, kde se drobné částice zachycují mezi minerálními zrny a organickou hmotou. Výzkumníci působící na Technické univerzitě Ostrava nyní představili mikroroboty, kteří se mohou ve vlhkém prostředí aktivně pohybovat, navázat na sebe plastové částice a následně je umožnit vytáhnout magnetem.
Podle studie zveřejněné v časopise NPG Asia Materials odstranil systém během laboratorních zkoušek až 94 procent polystyrenových mikročástic z vody. V modelovém půdním prostředí dosáhla účinnost přibližně 81 procent. Výsledky představují především důkaz, že podobný způsob čištění může fungovat. Zatím však nejde o technologii připravenou k použití na polích, v řekách nebo čistírnách odpadních vod.
Mikroroboti nemají motory ani vlastní inteligenci
Označení mikrorobot může vyvolat představu miniaturního stroje vybaveného vlastním pohonem či elektronikou. Ve skutečnosti se však jedná o několik mikrometrů velké částice, které se pohybují působením vnějšího magnetického pole. Nemají vlastní zdroj energie, senzory ani schopnost samostatně rozhodovat.
Základ jejich těla tvoří materiál Ti₃C₂Tₓ patřící do skupiny takzvaných MXenů. Jedná se o velmi tenké vrstevnaté materiály na bázi karbidů nebo nitridů přechodných kovů. Jejich členitý povrch poskytuje velkou plochu, na kterou se mohou zachycovat jiné látky. Povrchové chemické skupiny navíc umožňují působení elektrostatických sil, vodíkových vazeb a dalších slabších interakcí.
Výzkumníci k částicím MXenu připojili přibližně 500 nanometrů velké částice niklu. Ty fungovaly jako magnetická pohonná složka. Rotující magnetické pole o intenzitě pěti militesla přimělo mikroroboty k převalivému pohybu. Nejvyšší naměřená rychlost činila 22,1 mikrometru za sekundu.
Jednotlivé částice se současně shlukovaly do rojů. Jejich společný pohyb promíchával okolní kapalinu a zvyšoval pravděpodobnost kontaktu s rozptýlenými mikroplasty. Jakmile se mikrorobot s plastem setkal, plastová částice se zachytila na jeho povrchu. Menší mikročástice mohl přenášet jediný robot, zatímco větší úlomky obklopilo více pohyblivých částic. Po skončení čištění výzkumníci celý shluk oddělili pomocí magnetu.
Z vody zmizelo až 94 procent testovaného polystyrenu
Autoři technologii vyzkoušeli na dvou typech plastu. Prvním byly rovnoměrné polystyrenové částice o velikosti jednoho mikrometru. Druhou skupinu tvořily nepravidelné úlomky polyethylentereftalátu neboli PET o velikosti od jednoho do 150 mikrometrů. Ty vědci připravili mechanickým obrušováním běžných PET lahví.
Po hodině působení odstranili pohybující se mikroroboti z vodní suspenze přibližně 94 procent polystyrenu a 89,2 procenta PET. Stejný materiál ponechaný bez pohybu zachytil 81,1 procenta polystyrenu a 74,4 procenta PET. Rozdíl naznačuje, že rozhodující není pouze schopnost MXenu vázat plast, ale také aktivní pohyb, který urychluje kontakt mezi oběma materiály.
Princip připomíná pohyblivý adsorbent. Běžný adsorpční materiál čeká, až se k jeho povrchu znečišťující látka dostane prouděním nebo difuzí. Magneticky poháněné částice se naproti tomu prostředím pohybují, vyvolávají lokální proudění a opakovaně se s mikroplasty dostávají do kontaktu.
Pohyb pomohl uvolnit plast uvězněný v půdě
Důležitější část experimentu se týkala půdy. Její čištění je obtížné, protože ji nelze jednoduše prohnat jemným filtrem. Mikroplasty se navíc mohou vázat na půdní částice, ulpívat na organické hmotě nebo zůstávat uzavřené v drobných pórech.
Mikroroboti se pohybovali v prostorách vyplněných vodou a svým převalováním mechanicky narušovali místa, v nichž byl plast zachycen. Po hodině odstranili přibližně 80,6 procenta polystyrenových částic a 72,2 procenta PET. Bez magneticky vyvolaného pohybu dosáhl stejný materiál účinnosti 70,7 a 52,5 procenta respektive.
Výsledky zatím platí pouze pro laboratorní vzorky
Experimenty proběhly s vybranými druhy a koncentracemi mikroplastů v malých, kontrolovaných vzorcích. Přirozená půda obsahuje proměnlivé množství jílu, písku, kořenů, mikroorganismů a organické hmoty. Také mikroplasty v životním prostředí mají různý chemický základ, tvar, stáří a povrchové nečistoty. Přenos nové technologie do přírodních vodních ploch a půdy tak zůstává otázkou budoucího výzkumu.
Nevyřešena zůstává rovněž bezpečnost samotných mikrorobotů. Magnetické vlastnosti jim dodávají niklové nanočástice, z nichž by se mohly uvolňovat kovové ionty. Pokud by se nepodařilo všechny robotické částice z prostředí znovu získat, mohly by se samy stát zdrojem druhotného znečištění. Autoři proto upozorňují na potřebu vyvinout šetrnější magnetické materiály a spolehlivě ověřit úplnost jejich odstranění.
-etcz-
Comments